專利名稱：用于形成復(fù)合加勁材和加強(qiáng)構(gòu)件的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)件的形成，更特別的，涉及與這種復(fù)合結(jié)構(gòu)件有關(guān)且包括呈現(xiàn)弧形或彎曲細(xì)長幾何形狀的加強(qiáng)件在內(nèi)的加勁材或者其它加強(qiáng)件的形成。
背景技術(shù)：
在制造復(fù)合結(jié)構(gòu)件時，結(jié)構(gòu)件通常與外皮連接以強(qiáng)化該外皮。這種結(jié)構(gòu)件可包括例如構(gòu)造用于與復(fù)合結(jié)構(gòu)件的外皮連接的肋、翼梁或框架。這種結(jié)構(gòu)件還可包括基本細(xì)長且通常稱為縱梁或加勁材的加勁件。縱梁或加勁材可成形為呈現(xiàn)各種橫截面幾何形狀，這些幾何形狀包括例如工字梁、C形(有時稱為U形或槽形)、J形、Z形、L形(或角形)、奧米伽形(或者通常稱為帽形或帽形槽)的構(gòu)造。橫截面幾何形狀或輪廓呈現(xiàn)帽形的加勁材或縱梁主要包括具有一對腹板件的蓋件和一對法蘭件，一個腹板件從該蓋件的每端起相對于該蓋件以規(guī)定角延伸，一個法蘭件從每個腹板件起相對于對應(yīng)腹板件以規(guī)定角延伸。在一些帽狀加勁材的橫截面幾何形狀中，法蘭件被構(gòu)造成基本平行于蓋件。
一種當(dāng)前用于形成復(fù)合帽狀加勁材及呈現(xiàn)其它橫截面幾何形狀的加勁材的方法包括用手一次一層地把復(fù)合層放置到模具、型芯或者其它類似工具上以形成層狀構(gòu)件。一旦放置每兩至三層，就需要壓縮或者整合層狀構(gòu)件。這通過利用真空整合來實現(xiàn)，其中，真空袋被放置到層狀構(gòu)件上，并利用該袋給構(gòu)件施加真空。通常，施加熱量以輔助整合過程以及試圖進(jìn)一步壓縮層狀構(gòu)件。在層狀構(gòu)件上執(zhí)行的每次真空整合都是費時的過程。當(dāng)形成層狀構(gòu)件時，需要在增加層以形成層狀構(gòu)件時進(jìn)行多次真空壓縮。然而，即便在給定層狀構(gòu)件上執(zhí)行多次真空整合，該層狀構(gòu)件仍然不希望地具有相當(dāng)大量的松散材料。
一旦所有層都已經(jīng)定位且層狀構(gòu)件已開始成形(包括對該層狀構(gòu)件進(jìn)行真空整合處理)，該層狀構(gòu)件可固化并隨后利用例如粘合劑與外皮構(gòu)件連接，或者其可與外皮構(gòu)件共固化(同時固化)，從而把兩組件粘合到一起。層狀構(gòu)件的固化傳統(tǒng)上通過把該層狀構(gòu)件放置在固化模具內(nèi)，并例如在高壓蒸鍋或類似環(huán)境下對其施加高壓和高溫來實現(xiàn)。
當(dāng)層狀構(gòu)件置于固化模具內(nèi)時，因為它們?nèi)匀痪哂邢喈?dāng)大量的松散材料，它們有時不能準(zhǔn)確地配合在該模具內(nèi)。此外，盡管層狀構(gòu)件具有的任何殘余松散材料都趨向于在固化過程中例如在高壓蒸鍋內(nèi)被驅(qū)出，但會允許層狀構(gòu)件的層之間發(fā)生如果有的話也是微小的滑移，結(jié)果，在經(jīng)固化或者部分固化的層狀構(gòu)件內(nèi)通常將出現(xiàn)層橋或者層折皺。
盡管可通過在高壓下對構(gòu)件進(jìn)行多次熱整合來獲得具有低松散特性的構(gòu)件，但這是一種非常費時且昂貴的過程。另外，由于層狀構(gòu)件重復(fù)受到高溫，此過程會縮短層狀構(gòu)件的工作壽命。此外，此費時過程會妨礙層狀構(gòu)件與配合外皮或其它構(gòu)件共固化的能力。
除了獲得低松散構(gòu)件的問題外，用手形成復(fù)合加強(qiáng)構(gòu)件的傳統(tǒng)過程具有其它限制。例如，除了具有預(yù)期橫截面幾何形狀以外，用手形成細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的方法難以獲得沿構(gòu)件縱軸彎曲或者繞構(gòu)件縱軸扭轉(zhuǎn)的形狀。此特征難以實現(xiàn)，部分地因為難以用手操縱層材料以與彎曲和/或扭轉(zhuǎn)一致，而不把額外的折皺或波紋引入所要形成的層狀構(gòu)件內(nèi)。此外，用手制造層材料是一種極費時且使用大量勞力的過程，從而增大了制造這種部件的成本。
已做出各種嘗試以提供這樣一種方法，該方法提供細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件而不存在用手放置各復(fù)合層的傳統(tǒng)過程提出的各種限制。例如，拉擠成形是這樣一種方法，該方法已用于把包括纖維加強(qiáng)塑性復(fù)合材料在內(nèi)的塑料成形為具有預(yù)期橫截面幾何形狀或輪廓的構(gòu)件。在O’Connor遞交的美國專利5,026,447中闡述了這種拉擠成形方法的一例。O’Connor教導(dǎo)經(jīng)由多個模具拉伸加強(qiáng)熱塑材料的細(xì)長體。相互獨立地操縱模具，以便可選擇這些模具的任意組合來給該細(xì)長體的一部分提供橫截面幾何形狀。O’Connor的過程據(jù)稱允許制造沿其長度具有變化橫截面幾何形狀的細(xì)長熱塑材料。然而，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的，存在與拉擠成形有關(guān)的許多限制。
例如，拉擠成形通常與采用熱塑樹脂的材料有關(guān)。采用熱固樹脂會導(dǎo)致材料積聚在模具上，以及導(dǎo)致在形成拉擠成形件的預(yù)期橫截面形狀時相當(dāng)?shù)托?。另外，往往難以使所得到構(gòu)件的纖維取向顯著不同于所成形件的縱軸(即，沿著經(jīng)由一個或多個模具拉伸該構(gòu)件的方向)。此外，因為該過程涉及這樣形成構(gòu)件，即，經(jīng)由模具拉伸多個纖維，然后冷卻該構(gòu)件直至樹脂基本再固化，所以此過程一般僅對于形成橫截面基本恒定的直線或線性構(gòu)件有效，而不能有效地形成橫截面積顯著變化或者沿其長度呈現(xiàn)基本非線性部的構(gòu)件。還注意，拉擠成形中使用的模具一般制造昂貴，且如果理想的話需要眾多模具以制造多于一個橫截面幾何形狀的細(xì)長構(gòu)件。
用于形成細(xì)長熱塑構(gòu)件的其它方法包括例如Bhattacharyya等遞交的美國專利5,891,379和Berecz遞交的美國專利5,182,060。Bhattacharyya公開了一種把纖維加強(qiáng)塑料成形為預(yù)期形狀的方法，該方法包括把材料加熱至比熱塑樹脂或基材的熔融溫度高的溫度。經(jīng)加熱材料在熔融溫度以下冷卻，但仍然維持在比熱塑材料的再結(jié)晶溫度高的溫度下，然后通過多個滾輪成形模具以獲得預(yù)期形狀。接著，經(jīng)定形材料被進(jìn)一步冷卻，以便纖維加強(qiáng)塑料將保持利用滾輪成形模具提供給其的形狀。Berecz公開了一種連續(xù)形成熱塑復(fù)合材料的方法，該方法包括加熱雙向帶或織造布、使經(jīng)加熱材料通過一組滾輪、然后通過用作迅速往返沖壓機(jī)的配合金屬模具以形成最終形狀。
盡管Bhattacharyya和Berecz教導(dǎo)的方法看起來似乎可相對于傳統(tǒng)拉擠成形過程增強(qiáng)對所得到部件的纖維取向的控制，但所公開過程看起來似乎限于采用包括熱塑樹脂的材料，該過程包括在形成預(yù)期橫截面幾何形狀之前使該材料到達(dá)樹脂的熔融溫度或其上的溫度。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，采用熱塑樹脂為能夠熔融或者基本熔融樹脂以及隨后再加熱該樹脂以重定形/重制構(gòu)件和/或通過使其它構(gòu)件與已熔融或基本熔融樹脂材料接觸來把該構(gòu)件粘接到另一構(gòu)件上提供相當(dāng)大的靈活性。
然而，這種方法不適用于包括熱固材料的加強(qiáng)構(gòu)件的成形，因為如果熱固樹脂被加熱至特定溫度以上以允許該樹脂容易流動并從而幫助把復(fù)合材料成形為特定橫截面幾何形狀，該熱固樹脂將交聯(lián)和固化(cure)。一旦加強(qiáng)構(gòu)件固化，就不可能執(zhí)行構(gòu)件的隨后重制。構(gòu)件也不能經(jīng)由共固化與另一構(gòu)件粘合。
例如，Umeda的美國專利5,043,128公開了一種利用熱固樹脂來形成細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件的方法，該方法包括經(jīng)由一對定形滾輪把多個預(yù)浸漬碳纖維片狀材料送入一種加熱并施壓成形設(shè)備中。該加熱并施壓成形設(shè)備包括加熱模具以及構(gòu)造用以與該加熱模具嚙合的沖壓頭。片狀材料在加熱并施壓成形設(shè)備內(nèi)暫時停止，并利用沖壓頭將其壓向加熱模具。于是，片狀材料被同時加壓和加熱，使得把該片狀材料熱固或固化為預(yù)期形狀。如上所述，包括固化熱固樹脂的成形構(gòu)件方法阻止構(gòu)件的任何隨后重制和/或構(gòu)件與例如復(fù)合外皮或其它構(gòu)件的任何共固化。因此，為由具有未完全固化的熱固樹脂的復(fù)合材料形成具有預(yù)期橫截面幾何形狀的構(gòu)件，仍然采用例如上述用手把多層放置在型芯上的方法。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的缺點，有利的是提供這樣一種用于形成包括熱固樹脂材料的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的裝置和方法，它們能夠使該構(gòu)件呈現(xiàn)預(yù)期橫截面幾何形狀而不完全固化該構(gòu)件。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種形成細(xì)長的復(fù)合結(jié)構(gòu)件的方法。該方法包括提供一種其外表面呈現(xiàn)預(yù)期幾何形狀的基本細(xì)長型芯。把第一層預(yù)浸漬纖維加強(qiáng)材料放置在型芯上，并給該第一層施力以在該第一層內(nèi)產(chǎn)生預(yù)期量的張力。例如通過使至少一個滾輪在型芯和第一層上經(jīng)過來以共形方式把該第一層壓到型芯上。至少一個滾輪在形狀上至少部分地與型芯互補(bǔ)。
依據(jù)本發(fā)明的又另一方面，提供一種用于形成細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件的裝置。該裝置包括構(gòu)造用以繞規(guī)定軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺。至少一個型芯安裝在轉(zhuǎn)臺上，且呈現(xiàn)具有至少一個弧形部的基本細(xì)長幾何形狀。滑架組件設(shè)在轉(zhuǎn)臺附近，以及至少一個滾輪呈現(xiàn)這樣一種幾何形狀，該幾何形狀構(gòu)造用以當(dāng)至少一個滾輪沿著至少一個型芯滾動時至少部分地與該至少一個型芯互補(bǔ)嚙合，該至少一個滾輪與滑架組件連接。至少一個材料分配設(shè)備構(gòu)造用以把至少一層材料分配到至少一個型芯上。至少一個施力機(jī)構(gòu)被定位且構(gòu)造用以當(dāng)材料位于至少一個型芯上以及當(dāng)至少一個滾輪在設(shè)于該至少一個型芯上的至少一層上經(jīng)過時給該至少一層施加預(yù)期力并在其內(nèi)產(chǎn)生預(yù)期量的張力。
附圖的簡要說明一旦閱讀以下詳細(xì)說明并參照附圖，本發(fā)明的前述及其它優(yōu)點將變得明顯，其中

圖1是依據(jù)本發(fā)明一種實施例的細(xì)長復(fù)合件形成裝置的透視圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明一種實施例的圖1所示裝置的一部分的透視圖；圖3A-3D表示圖1所示裝置在形成細(xì)長件的不同階段過程中的局部剖視圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的圖1所示裝置的一部分的透視圖，圖5是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的另一細(xì)長復(fù)合件形成裝置的透視圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明又另一實施例的另一細(xì)長復(fù)合件形成裝置的透視圖；圖7是圖6所示裝置的一部分的放大透視圖；圖8A和8B表示依據(jù)本發(fā)明的不同方面且在不同制造階段處形成的細(xì)長加強(qiáng)件的剖視圖；圖9是依據(jù)本發(fā)明再一實施例的細(xì)長復(fù)合件形成裝置的透視圖；圖10是依據(jù)本發(fā)明又再一實施例的細(xì)長復(fù)合件形成裝置的透視圖；圖11是表示控制器在依據(jù)本發(fā)明一種實施例的細(xì)長復(fù)合件形成裝置中的使用的示圖；圖12A是一種用于形成依據(jù)本發(fā)明實施例的細(xì)長復(fù)合件的型芯的透視圖；圖12B是圖12A所示型芯在形成依據(jù)本發(fā)明實施例的細(xì)長復(fù)合件過程中的局部剖視圖；圖13A-13E是可依據(jù)本發(fā)明形成的示范性幾何構(gòu)造的剖視圖；圖14A和14B分別表示依據(jù)本發(fā)明又另一實施例的細(xì)長復(fù)合件形成系統(tǒng)及裝置的俯視圖和正視圖；圖15A表示一種利用圖14A和14B所示系統(tǒng)及裝置執(zhí)行的示范過程的示圖；圖15B-15D表示圖14A，14B和15A所示裝置的各個組件的細(xì)節(jié)；圖16A和16B表示可與本發(fā)明各種實施例結(jié)合使用的材料分配設(shè)備；圖17A和17B表示采用參照圖14A，14B，16A和16B所示和所述的系統(tǒng)及裝置形成的示范細(xì)長件的透視圖；圖18表示圖14A所示裝置的放大局部俯視圖；圖19A和19B分別表示依據(jù)本發(fā)明又另一實施例的細(xì)長復(fù)合件形成系統(tǒng)及裝置的俯視圖和正視圖；圖20是依據(jù)本發(fā)明過程形成的細(xì)長件的剖視圖。
具體實施例方式
參照圖1，表示一種裝置100，該裝置100采用包括例如碳纖維加強(qiáng)材料和熱固樹脂在內(nèi)的復(fù)合材料形成諸如加勁材或縱梁一類的細(xì)長構(gòu)件或加強(qiáng)件102(這里簡稱為細(xì)長件)。該裝置包括基底104，該基底104的一部分被構(gòu)造為模制件例如型芯106。一種包括框架110的滑架組件108利用例如設(shè)在對應(yīng)軌道件114上的滾輪或滑板112與基底104可移動連接。與軌道件114協(xié)作的滾輪或滑板112允許滑架組件108在形成細(xì)長件102時沿著縱向限定軸115相對于基底104移動，如這里以下將要更詳細(xì)說明的。
滑架組件108還包括這里也稱為滾輪的滾動件116，該滾輪116構(gòu)造用于至少部分地與型芯106互補(bǔ)且設(shè)在該型芯106的上方。滾輪116可拆除地與滑架組件連接，以便在形成細(xì)長件102或者形成具有不同剖面幾何形狀的細(xì)長件的不同階段處用其它滾輪互換該滾輪116。滾輪116經(jīng)由適當(dāng)軸承件118與滑架組件108連接，當(dāng)滾輪116與基底104嚙合且當(dāng)滑架組件108相對于該基底104移動時，該軸承件118允許滾輪116轉(zhuǎn)動或滾動。滾輪116由例如聚四氟乙烯(PTFE)一類的彈性材料形成或者涂覆以這種材料，以使該滾輪與設(shè)在型芯106上的層壓材料的表面一致并使力更均勻地分布在該表面上，該層壓材料用于當(dāng)滾輪116在其上越過時形成細(xì)長件102。
理想的，滑架組件108的框架110可被構(gòu)造成使?jié)L輪116可相對于基底104基本垂直地移動或調(diào)節(jié)。例如，框架110的一部分比如橫梁120可相對于框架110的主體部垂直移動?；芙M件108還構(gòu)造用以通過滾輥106向基底104以及于是細(xì)長件102施加一般向下的力。各種機(jī)構(gòu)都可用于施加這種力。例如圖1所示，一個或多個重物122可與滑架組件108、更具體地與橫梁120連接，以使該重物經(jīng)由與該橫梁120連接的滾輪116施加向下的力。在另一實施例中，致動器例如液壓或氣壓缸可與框架110連接且構(gòu)造用以給橫梁120或一些其它組件施加基本向下的力，以便經(jīng)由滾輪116給型芯106施加壓力。
滑架組件108可以還包括一種構(gòu)造用以在滾輪116越過細(xì)長件102之前加熱該細(xì)長件102的一部分的加熱裝置123。加熱裝置123包括例如具有相關(guān)鼓風(fēng)機(jī)的電阻加熱器、紅外線加熱器、超聲波加熱設(shè)備、激光加熱設(shè)備、電子束加熱器或其它適當(dāng)加熱設(shè)備。在一個實施例中，加熱設(shè)備123被構(gòu)造且定位用以加熱型芯106、滾輪116或兩者。在另一實施例中，加熱設(shè)備123被構(gòu)造且定位用以加熱細(xì)長件102的一部分、更具體的是一種或多種復(fù)合材料的放置在型芯106上以形成所得到細(xì)長件102的那部分，如以下將要更詳細(xì)論述的。這種加熱設(shè)備123特別適用于由預(yù)浸或“預(yù)浸漬”材料形成細(xì)長件。這種預(yù)浸漬材料包括用B-階段形式(未固化(uncured))的樹脂浸漬的單向帶材或布材。當(dāng)在型芯106上形成包括多層重疊片材的構(gòu)件時，對此預(yù)浸漬材料施加熱量能夠使該片材更易于符合型芯106的形狀，且更重要的是有助于使該構(gòu)件固結(jié)。
注意，施加熱量可用于在形成細(xì)長件102時固化該細(xì)長件102(有時稱為“飛行固化”)。然而，本發(fā)明還設(shè)想能夠形成基本未固化的細(xì)長件102。換句話說，本發(fā)明包括形成未超出傳統(tǒng)預(yù)浸漬材料的B-階段顯著固化的細(xì)長件(有時也稱為形成“生”構(gòu)件或部件)。如往往所希望的，形成未固化部件的能力為形成并制造這樣一種復(fù)合結(jié)構(gòu)件提供相當(dāng)大的靈活性，該復(fù)合結(jié)構(gòu)件具有使細(xì)長件與對應(yīng)復(fù)合外皮共固化的能力。
冷卻設(shè)備124還可以與滑架組件108連接以冷卻細(xì)長件102、滾輪116或與裝置100相關(guān)的一些其它工具或組件。冷卻設(shè)備124包括例如渦流冷卻器、用于使冷卻液在滾輪116內(nèi)部流通的系統(tǒng)、低溫生成冷卻器、或者采用冷凝器及蒸發(fā)器的多相系統(tǒng)。
現(xiàn)在結(jié)合圖1參照圖2和圖3A-3D，說明細(xì)長件102的形成。在圖2中，為了清楚和方便，表示了基底104和型芯而沒有表示滑架組件108。圖2還表示了以至少部分互補(bǔ)方式與細(xì)長件102和相關(guān)型芯106嚙合的多個滾輪116A-116D。注意，如果采用參照圖1所示且所述的特定裝置100，每個滾輪116A-116D可單獨地且選擇性地與滑架組件108連接，并與細(xì)長件102和型芯106嚙合。換句話說，第一滾輪116A可首先與滑架組件108一起使用，然后被移除并用第二滾輪116B替換?？身樞虻厍覞u進(jìn)地互換滾輪116A-116D以在細(xì)長件102上實現(xiàn)中間成型步驟。
例如，在形成細(xì)長件102時，多層材料(例如，預(yù)浸漬材料)可按層壓方式一層位于另一層上地設(shè)在型芯106上。然后，第一滾輪116A與滑架組件108連接、構(gòu)造用以與型芯106嚙合并沿著基底104滾動，以形成如圖3A所示的中間構(gòu)件102A或者基本橫向于其長度取呈中間橫截面幾何形狀的構(gòu)件。然后，把第一滾輪116A移離滑架組件108，使第二滾輪116B與該滑架組件108連接。第二滾輪116B與型芯106嚙合，并在滑架組件108相對于基底104移動時給第一中間構(gòu)件102A施加滾動壓力以形成如圖3B所示的第二中間構(gòu)件102B。類似的，第三滾輪116C用于形成第三中間構(gòu)件102C，第四滾輪116D用于形成最終構(gòu)件102D或當(dāng)基本橫向于細(xì)長件的長度時呈最終預(yù)期橫截面幾何形狀的構(gòu)件。
在一個實施例中，一層接一層地形成細(xì)長件102。換句話說，這樣形成細(xì)長件102，即，使第一層定形為具有預(yù)期橫截面幾何形狀(例如，通過把該層外加到型芯106上并使?jié)L輪116A-116D在其上越過)、外加第二層材料、以及使該第二層材料定形為具有預(yù)期橫截面幾何形狀且與經(jīng)定形的第一層共形。通過采用滾輪116A-116D使第二或任何隨后層定形的操作也用以使這些層固結(jié)并整合(debulk)成細(xì)長構(gòu)件102。因此，細(xì)長構(gòu)件的定形和整合以一種基本連續(xù)且相互關(guān)聯(lián)的過程進(jìn)行。
在另一實施例中，把多層材料放置在型芯106上并使其在固結(jié)和整合的同時定形為預(yù)期橫截面幾何形狀。由此例如，可把兩或三層材料放置在型芯106上并利用滾輪116A-116D定形和固結(jié)，隨后把兩或三層材料放置在經(jīng)定形的層材料上并接著利用滾輪116A-116D使其定形。
與在單個滾輪的單次操作或者單程中形成細(xì)長件相比，采用多個滾輪116A-116D順序地形成中間構(gòu)件102A-102C和最終構(gòu)件102D能夠在施加較少量應(yīng)力的同時對材料(例如，預(yù)浸漬材料)進(jìn)行處理?？赡芨匾氖?，用于形成細(xì)長件的多層例如預(yù)浸漬材料在中間構(gòu)件102A-102C的形成過程中變得實質(zhì)上固結(jié)和整合。
注意，依據(jù)例如所采用材料的種類、用以形成細(xì)長件102的層數(shù)、在給定操作過程中定形的層數(shù)、和/或所得到細(xì)長件102的預(yù)期橫截面形狀，更多或更少的滾輪用于形成細(xì)長件。類似的，依據(jù)類似參數(shù)調(diào)節(jié)滾輪尺寸的遞增量。
還注意，在形成中間構(gòu)件時，滾輪116A-116D的各自幾何形狀漸進(jìn)。換句話說，第一滾輪116A僅部分地與型芯及設(shè)在該型芯上的材料嚙合，即，外部125A僅沿著互補(bǔ)型芯106的側(cè)壁127往下部分地延伸。第二滾輪116B雖然也僅部分地與型芯106嚙合，但比第一滾輪116A嚙合得多。類似的，第三滾輪116C構(gòu)造用以比第二滾輪116B更充分地與型芯106嚙合。最后，第四滾輪116D構(gòu)造用以基本完全與型芯106嚙合，使其外部125D沿著該型芯106的側(cè)壁127往下充分延伸。
參照圖1，2和3A-3C所示且所述的實施例包括陽型芯106和呈互補(bǔ)陰幾何形狀的滾輪116A-116D。然而在另一如圖4所示的實施例中，陰型芯106′與多個互補(bǔ)陽滾輪116A′-116D′一起使用，其中，滾輪116A′-116D′把復(fù)合材料壓入型芯106′內(nèi)以形成細(xì)長件102。如先前所述的實施例，滾輪116A′-116C′順序且漸進(jìn)地用于形成中間構(gòu)件，第四或最后滾輪116D′用于給細(xì)長件102(或者該細(xì)長件的單獨層，如前所述的)提供最終橫截面幾何形狀。滾輪116A′-116D′之一或多個可包括橫向延伸的直徑減小部126，以幫助形成細(xì)長件102的上角128和凸緣130或橫向延伸部。
現(xiàn)在參照圖5，表示依據(jù)本發(fā)明另一實施例用于形成細(xì)長件202的裝置200。該裝置包括一種具有多個型芯206A-206C的可移動基底204?；芙M件208可移動地與固定臺架210連接?；芙M件208構(gòu)造用以如定向箭頭211所示沿著臺架210水平移動。此外，基底204構(gòu)造用以沿著軌道214相對于臺架210和滑架組件208移動。利用適當(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)215例如電機(jī)和齒輪箱驅(qū)使基底204沿著軌道214移動?；?04沿著軌道214的運(yùn)動使得能把各種工具(即，其它構(gòu)造的基底)從臺架210的任一端引至該臺架210的下面。
構(gòu)造用以與型芯206A-206C之一或多個互補(bǔ)嚙合的滾輪216可拆除地與滑架組件108連接且與致動器217連接，以使該滾輪216可如定向箭頭218所示沿基本垂直方向移動。滾輪216還構(gòu)造用以如定向箭頭219所示繞基本垂直軸樞轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動。滾輪216繞基本垂直軸的轉(zhuǎn)動可例如通過允許該滾輪自由樞轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，以便當(dāng)滑架組件208沿方向211移動時該滾輪一般遵循與其嚙合的型芯(例如，206B)。在另一實施例中，如所希望的，致動器可用于繞基本垂直軸驅(qū)動滾輪216。
驅(qū)動機(jī)構(gòu)220構(gòu)造用以如定向箭頭222所示相對于基底204和臺架210橫向移動滾輪216及其相關(guān)的致動器217。控制滑架組件208相對于基底204的運(yùn)動的能力允許在形成細(xì)長件202時具有相當(dāng)大的靈活性。例如，同一滾輪216可用于選擇性地且單獨地與多個型芯206A-206C中的每個嚙合。
另外，細(xì)長件202可被形成為不僅就它們的橫截面幾何形狀而言、而且就它們沿規(guī)定縱軸的幾何形狀而言都比較復(fù)雜的形狀。例如，當(dāng)前所述裝置200的基底204包括第一較平坦部224、傾斜部226和第二較平坦部228，且傾斜部226經(jīng)由弧形過渡部230和232與相鄰的平坦部224和228連接。型芯206A-206C一般遵照基底204的輪廓或幾何形狀。因此，當(dāng)滑架組件208沿定向箭頭211所示縱向移動時，必須如定向箭頭218所示垂直移動滾輪216以保持與對應(yīng)型芯(例如，208B)嚙合。
在其它實施例中，型芯206A-206C可相對于基底204的縱向(即，沿著定向箭頭222所示的方向)橫向偏移。經(jīng)由所示裝置提供的不同自由度，本發(fā)明可提供復(fù)雜的幾何形狀。注意，在一個實施例中，滾輪216與肘節(jié)234連接，該肘節(jié)234允許改變滾輪216的轉(zhuǎn)動軸。因此，即便型芯(例如，206B)相對于其縱向呈現(xiàn)扭曲或回轉(zhuǎn)，滾輪也能夠保持與該型芯206B基本接觸，從而能夠形成相對于其各自縱軸呈現(xiàn)類似扭曲的細(xì)長件202。
在采用上述裝置200形成細(xì)長件202時，按照與參照圖1，2，3A-3C和4所述類似的方式操作滾輪216。換句話說，通過采用多個分階段滾輪(例如，形狀逐漸變化以與相關(guān)型芯206A-206C漸進(jìn)嚙合的滾輪)來形成中間構(gòu)件。另外，型芯206A-206C可根據(jù)需要或者根據(jù)預(yù)期為陽或陰部件，對應(yīng)滾輪216形成用以與該型芯互補(bǔ)。同時，細(xì)長件202可通過一次形成單層的形狀或者通過同時形成多層的形狀來形成。
現(xiàn)在參照圖6，表示了依據(jù)本發(fā)明另一實施例用于形成細(xì)長件302的裝置300。該裝置包括其上安裝或設(shè)置有多個型芯306A-306D的基底304。定位臺架310(或者滑架組件)可移動地與基底304連接，且構(gòu)造用以例如沿著如定向箭頭311所示的縱向相對于該基底304移動。設(shè)備312A-312D與每個型芯306A-306D相關(guān)，該設(shè)備312A-312D用于把多層復(fù)合材料擱置在型芯306A-306D上并使該多層復(fù)合材料成形。設(shè)備312A-312D中的每個都包括一種構(gòu)造用以分配例如多層布或帶材的自動材料分配設(shè)備以及一個或多個用于把該多層復(fù)合材料成形為預(yù)期橫截面幾何形狀的滾輪。
此自動分配設(shè)備包括切割、夾緊和起動機(jī)構(gòu)，以便依據(jù)所要形成的細(xì)長件302的構(gòu)造按照預(yù)期或者規(guī)定在空中落下并附加單層。另外，自動分配設(shè)備包括一種用于當(dāng)材料層被分配到型芯306A-306D上時維持該材料層上的張力的機(jī)構(gòu)。在形成細(xì)長件302時，給材料層施加張力可理想的使該材料中的任何折皺展開。在一個示范實施例中，當(dāng)材料層設(shè)置在型芯306A-306D上時，給它們施加近似2至15磅(lbf)(近似8.9至66.7牛頓(N))的力。
每個設(shè)備312A-312D還包括相關(guān)的致動器或驅(qū)動機(jī)構(gòu)，以相對于基底304移動該設(shè)備312A-312D以及經(jīng)由相關(guān)的滾輪給放置在型芯306A-306D上的任何材料施加壓力。依據(jù)安裝在基底304上的型芯306A-306D的各自構(gòu)造，每個設(shè)備312A-312D可被編程序以形成相同加勁材或者形成不同加勁材。
參照圖7，表示了設(shè)在其對應(yīng)型芯306B上方的單個設(shè)備312B而沒有表示相關(guān)的臺架(圖6)，以清楚地說明該設(shè)備312B的操作。該設(shè)備包括一種具有多個層分配器322A-322D的自動材料分配器320，該層分配器322A-322D用于把復(fù)合材料層分配且擱置在型芯306B上。注意，層分配器322A-322D被構(gòu)造用以分配寬度變化的復(fù)合材料層例如預(yù)浸漬帶或布。采用這種寬度變化的材料層，細(xì)長件302B可被構(gòu)造成使其在該細(xì)長件302B的一個部分呈現(xiàn)比另一部分更大的厚度(即，通過包含更多層)。
例如，結(jié)合圖7簡要參照圖8A，第一層分配器322A構(gòu)造用以分配延伸過細(xì)長件的橫截面幾何形狀的整個“寬度”或范圍的一層330A。另一層分配器322C分配僅延伸過細(xì)長件的橫截面幾何形狀的上橫向部322(例如，蓋部)的一層330C。由此，通過增加或者減少在細(xì)長件302B的給定區(qū)域或部分內(nèi)的有效層數(shù)，可依據(jù)預(yù)期負(fù)載和所施加的應(yīng)力相對于層布置或材料布置來設(shè)計和修剪該細(xì)長件302B。另外注意，依據(jù)細(xì)長件302B的預(yù)期負(fù)載和應(yīng)力狀態(tài)，各層材料可根據(jù)需要構(gòu)造用以呈現(xiàn)基本任意的預(yù)期纖維取向。因此例如，第一層由呈現(xiàn)0°纖維取向的材料形成，第二層包括呈現(xiàn)45°纖維取向的材料等等。當(dāng)然，也可采用其它纖維取向和其它層構(gòu)造。按照這種方式選擇性地定向纖維的能力是與其它成形過程例如拉擠成形相比的一顯著優(yōu)點。
結(jié)合圖7簡要參照圖8B，另一實施例包括相互呈現(xiàn)類似寬度但相互交錯或者橫向移動的層330E-330H。因此，所得到的細(xì)長件302B′在其一個橫向側(cè)上具有階梯狀構(gòu)造且在其相對的橫向側(cè)上呈現(xiàn)該階梯狀構(gòu)造的倒轉(zhuǎn)圖像。這種構(gòu)造使得多個細(xì)長件302B′能夠按照并排的關(guān)系相互鎖定，如果希望這樣的話。交錯或階梯狀構(gòu)造可經(jīng)由適當(dāng)控制層分配器322A-322D來形成，例如，通過相對于另一層分配器(例如，322B)橫向移動一個層分配器(例如，322A)。
在另一實施例中，一個或多個邊緣層切割設(shè)備341用于修剪分配到相關(guān)型芯306A-306C上的任一層330A-330H(圖8A和8B)的邊緣。此切割設(shè)備341包括刮刀、滾動刀片、激光器或者其它構(gòu)造用以當(dāng)臺架(圖7中未表示)相對于型芯306A-306C縱向移動時在預(yù)期寬度或橫向位置處修剪層330A的邊緣的適當(dāng)切割裝置。
仍然參照圖7，單個設(shè)備312B還包括成形設(shè)備340。成形設(shè)備340包括多個滾輪342，該多個滾輪342構(gòu)造用以至少部分地與型芯306B互補(bǔ)嚙合并從而按照基本連續(xù)的方式順序形成細(xì)長件302B的預(yù)期橫截面幾何形狀。滾輪342可各自與多個致動器344例如液壓或氣壓缸之一連接，以便當(dāng)它們越過被擱置在型芯306B上的多層材料時經(jīng)由該滾輪施加壓力。由此，多個滾輪342可組合成單個單元以在形成細(xì)長件302或者其一或多層的預(yù)期橫截面幾何形狀的單程過程中直接沿著型芯306B相互跟隨，而不用如以上相對于其它實施例所述的，在單程中交換越過相關(guān)型芯的滾輪。
現(xiàn)在參照圖9，表示了依據(jù)本發(fā)明又另一實施例用于形成細(xì)長件402的裝置400。該裝置400可包括如上所述的各種組件，這些組件包括可相互移動的基底、臺架和/或滑架組件，但為了方便和清楚而沒有表示。該裝置可還包括例如用于把多層復(fù)合材料擱置在型芯404上的自動材料分配設(shè)備。
裝置400包括多個滾輪406，每個滾輪406都構(gòu)造用以與型芯404(或者擱置在其上的材料層)的特定部分嚙合以形成預(yù)期橫截面幾何形狀。例如，第一滾輪406A構(gòu)造用以把多層材料壓向型芯404的頂面。一組滾輪406B構(gòu)造用以繞陽型芯404的外角形成材料層。另一組滾輪406C構(gòu)造用以把材料層壓向型芯404的側(cè)面。再一組滾輪406D構(gòu)造用以把材料層壓入型芯404的內(nèi)角，以及最后一組滾輪406E構(gòu)造用以把材料層壓向型芯404的橫向延伸部。由此，多個滾輪406共同協(xié)作以在型芯404上基本連續(xù)地形成具有預(yù)期橫截面幾何形狀的細(xì)長件402。
簡要參照圖10，表示另一實施例的裝置400′，該裝置類似于參照圖9所示且所述的，只是型芯404′被構(gòu)造成陰型芯且滾輪406′構(gòu)造用以與該型芯404′的特定等同部分嚙合以形成細(xì)長件402。
簡要參照圖11，以上任一裝置可與控制器500操作性連接，該控制器500包括例如具有處理器502、存儲設(shè)備504、一個或多個輸入設(shè)備506和一個或多個輸出設(shè)備508的計算機(jī)。這種控制器被編程序以例如利用計算機(jī)數(shù)控(CNC)程序設(shè)計來控制相關(guān)的裝置100，200，300和400?？刂破?00構(gòu)造用以控制例如這里所述各種裝置的基底、滑架組件、臺架及滾輪設(shè)備的相對位置，該相對位置包括給定裝置的垂直、偏轉(zhuǎn)、滾動和間距位置以及滾輪的取向?？刂破?00構(gòu)造用以不僅控制滾輪相對于其打算嚙合的型芯的垂直位置，而且控制經(jīng)由該滾輪施加給型芯或者擱置在該型芯上的一或多層材料的壓力或者力的大小。此外，控制器500構(gòu)造用以控制施加給型芯或者相關(guān)材料層的熱量、材料相對于型芯的位置以及夾緊、切割和起動從自動材料分配器輸送的材料。
盡管已主要采用被擱置在相關(guān)型芯上的單獨預(yù)浸漬材料作為例子對上述實施例進(jìn)行了論述，但應(yīng)注意的是非浸漬纖維材料也可用作這種被擱置在相關(guān)型芯上的材料，同時利用適當(dāng)樹脂或粘合劑基本同時地灌注或者浸漬材料層。例如，現(xiàn)在參照圖12A和12B，型芯600形成為一種其內(nèi)限定了多個孔602的多孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)材料層604被擱置在型芯600上時，如這里以上所述的，一個或多個滾輪606與該型芯互補(bǔ)嚙合以把該材料層形成為預(yù)期橫截面幾何形狀。另外，一個或多個噴嘴608或者其它沉積設(shè)備把樹脂或粘合劑注入被擱置且成形的材料層內(nèi)以形成經(jīng)定形的預(yù)浸漬構(gòu)件。所得到的細(xì)長件部分固化或者固化為B-階段，以便該細(xì)長件隨后接著與相關(guān)的復(fù)合結(jié)構(gòu)件共固化。
注意，這里以上所述的本發(fā)明各種示意實施例一般表現(xiàn)為示范性的帽狀橫截面幾何形狀，或者將細(xì)長件成形為帽形槽。然而，也可設(shè)想本發(fā)明用于形成具有其它橫截面幾何形狀的細(xì)長件。例如，至少一個C形槽形成為如圖13A所示；至少一個結(jié)構(gòu)角(或者類似的J形或L形橫截面)形成為如圖13B所示；呈現(xiàn)至少一個弧形部的構(gòu)件形成為如圖13C所示，如果希望的話，該構(gòu)件還可包括用于形成奧米伽形的凸緣；多個弧形橫截面形狀如圖13D所示形成為單個構(gòu)件；或者多個結(jié)構(gòu)角如圖13E所示形成為單個構(gòu)件。同時，這些橫截面形狀的各種特征可依據(jù)例如細(xì)長件將要承受的預(yù)期負(fù)載隨意組合。
現(xiàn)在參照圖14A和14B，表示了一種系統(tǒng)700，該系統(tǒng)700包括與裝置701通信且與該裝置701操作性連接的控制器500，該裝置701用于形成沿細(xì)長件的長度表現(xiàn)為彎曲或弧形部的細(xì)長件702(圖19)。裝置701包括其上設(shè)置有多個型芯706A-706D的基底704。裝置701還包括臺架708以及可移動地與該臺架708連接的滑架組件710。例如，臺架708包括一個或多個滑板712，該滑板712與同滑架710有關(guān)的軸承(未表示)操作性連接，以便該滑架710可如定向箭頭714所示相對于臺架708移動。
基底704包括一種構(gòu)造用以繞規(guī)定軸718相對于臺架708和滑架組件710轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺716。電機(jī)720或其它致動器可操作地構(gòu)造用以相對于基底704的支承部722轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺716。當(dāng)轉(zhuǎn)臺716轉(zhuǎn)動時，滑架組件710與其相關(guān)組件一起相對于臺架708(即，沿著714所示的方向)移動，以在每個型芯706A-706D順序地經(jīng)過該滑架組件710下方時跟隨該型芯706A-706D的位置?；芙M件710被構(gòu)造成例如經(jīng)由采用控制器500及與該滑架組件710連接的致動器來主動地跟隨經(jīng)過其下方的型芯706A-706D的位置。在另一實施例中，滑架組件710被構(gòu)造成例如通過使成形設(shè)備726的一個或多個組件與型芯706A-706D嚙合來被動地跟隨經(jīng)過其下方的型芯706A-706D的位置，如隨后經(jīng)由對這種成形設(shè)備726的論述而將變得明顯的。
注意，盡管針對圖14所述的示范實施例被描述為包括一種繞規(guī)定軸718相對于臺架708和滑架組件710轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺716，但也可設(shè)想用于與本發(fā)明結(jié)合的其它實施例。例如，基底704可包括不轉(zhuǎn)動臺，而滑架710和臺架708或類似構(gòu)件被構(gòu)造成例如通過繞規(guī)定軸718轉(zhuǎn)動來相對于該臺移動。
還注意，型芯706A-706D不一定沿其各自的整個長度具有恒定的曲率半徑。還注意，每個型芯706A-706D可具有不同于其它任一型芯的長度、曲率半徑或幾何形狀特征。
材料分配設(shè)備724及成形設(shè)備726與滑架組件710連接。材料分配設(shè)備724被構(gòu)造成當(dāng)轉(zhuǎn)臺716相對于臺架708轉(zhuǎn)動時把一或多層材料放置在型芯706A-706D上。成形設(shè)備726包括多個與致動器730連接且構(gòu)造用于使放置在型芯706A-706D上的多層材料定形的滾輪728。
例如，參照圖15A所示的示圖，表示了材料分配設(shè)備724和成形設(shè)備726的示范操作。當(dāng)利用一對進(jìn)料滾輪746促動時，材料740(例如，一層預(yù)浸漬布)從供給及張緊滾輪742輸送過重定向滾輪744。材料740經(jīng)過一種用于把該材料切割成特定長度、寬度或者兩者的切割設(shè)備748，如以上相對于本發(fā)明其它實施例所述的。然后，材料740經(jīng)由支重輪(tack roller)750放置在一部分型芯706A上。
注意，支重輪750(以及材料740隨后遇到的滾輪)表示在第一正視圖以及直接位于該第一正視圖下方的第二旋轉(zhuǎn)正視圖中，該第二旋轉(zhuǎn)正視圖用以附加理解如何通過各個滾輪與材料740及其下型芯706A的相互協(xié)作來使該材料740形成形狀。
成形設(shè)備726包括多個用于使設(shè)在型芯706A(或者設(shè)在該型芯706A上的先前定形材料層)上的材料740定形和整合的滾輪728A-728D。因此例如，第一滾輪728A與型芯706A嚙合以使材料740與該型芯706A的形狀大體一致。第二，一組滾輪728B用于把材料壓向型芯706A的側(cè)面754。如果希望，如滾輪728B的旋轉(zhuǎn)正視圖所示，這可利用從型芯706A的頂部至底部操作的多組滾輪728B來實現(xiàn)。另一組滾輪728C用于把材料740壓入型芯706A的底角756內(nèi)。刮板758用于在滾輪728A-728D之間的一個或多個中間位置幫助拉伸材料的折皺。最后，一組滾輪728D用于給細(xì)長件702的凸緣件施壓并使其成形。
注意，形成細(xì)長件702的過程包括從里向外地形成、定形并整合材料740。換句話說，支重輪750在中央處給型芯706A及設(shè)于其上的材料740施加壓力，隨后的每個滾輪728A-728D順序地在進(jìn)一步朝向該材料740外緣的位置施加壓力。已確定此過程能夠高效率且有效地移除折皺和層狀材料層之間的氣隙，從而制造高度固結(jié)和整合的復(fù)合件。
卷取滾輪760可與成形設(shè)備726聯(lián)合(或者單獨與滑架組件710連接)，以收集設(shè)在例如用于形成細(xì)長件702的預(yù)浸漬材料的表面上的載體材料762(也稱為背襯)。包括適當(dāng)聚合物材料的載體材料762不僅防止預(yù)浸漬材料在呈卷繞狀態(tài)時(即，例如當(dāng)在供給及張緊滾輪742上時)粘附到其本身上，還在材料740被定形、成形且整合時保持在該材料740上以便各個滾輪750和728A-728D不附著在該材料740上或者收集和累積其表面的樹脂。另外，這種載體材料的存在可用于在形成細(xì)長件702的過程中當(dāng)各個滾輪728施壓并摩擦用于形成細(xì)長件702的材料740時保護(hù)該材料740。
現(xiàn)在參照圖15B，表示也被描述為摩擦滾輪(scrub roller)的第一滾輪728A的附加細(xì)節(jié)。注意，盡管當(dāng)前所述實施例的第一滾輪728A被描述為摩擦滾輪，但如果希望的話，其它或者額外滾輪(例如，728B-728D)也可構(gòu)造成摩擦滾輪。
摩擦滾輪728A包括與軸桿802連接的兩個滾輪半部800A和800B。軸桿802與滑架710連接，致動器或其它施力機(jī)構(gòu)(圖15B中未表示)構(gòu)造用以如定向箭頭804所示把摩擦滾輪728A壓向型芯706A。兩個滾輪半部800A和800B被構(gòu)造成沿著軸桿802(即，沿著該軸桿802的軸線806)軸向移動。致動器或施力機(jī)構(gòu)808與每個滾輪半部800A和800B聯(lián)合，且構(gòu)造用以如定向箭頭810所示朝向型芯706A的側(cè)壁754偏壓每個滾輪半部800A和800B。施力機(jī)構(gòu)808包括例如彈簧、液壓致動器或氣壓致動器。
除了能夠設(shè)計施加給型芯706A側(cè)壁的力的大小以外，摩擦滾輪728A的這種構(gòu)造還能夠制造具有變化橫截面幾何形狀的細(xì)長件702。例如，簡要參照圖15C，細(xì)長件702″呈現(xiàn)變化的橫截面幾何形狀，使得頂面或蓋部810在沿著該細(xì)長件702″的縱軸812橫過時越來越寬。這種細(xì)長件702″可用作例如機(jī)翼結(jié)構(gòu)中的翼梁。
如圖15C所示，當(dāng)摩擦滾輪728A相對于細(xì)長件702″處在第一縱向位置812時，兩個滾輪半部800A和800B相對于軸桿802處在第一軸向位置。然而，當(dāng)摩擦滾輪728A相對于細(xì)長件702″處在第二縱向位置814時(在第二縱向位置814處，摩擦滾輪728A用虛線表示)，兩個滾輪半部800A和800B相對于軸桿802移動至第二軸向位置。摩擦滾輪728A的這種構(gòu)造使得能夠保持與細(xì)長件702″(及其下型芯)的側(cè)壁接觸以及保持預(yù)期大小的力，而與橫截面幾何形狀的變化(例如，蓋部810寬度的變化)無關(guān)。
現(xiàn)在參照圖15D，示圖表示了摩擦滾輪728A與型芯706A(或者更具體的，與設(shè)在該型芯706A上的材料740)的相互作用的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。當(dāng)摩擦滾輪728A沿著定向箭頭820所示的方向相對于型芯706A移動時，滾輪半部800A(為了清楚，用虛線表示)繞定向箭頭822所示的方向轉(zhuǎn)動。滾輪半部800A被這樣成形、定廓和定位，以使得利用摩擦滾輪728A的力實現(xiàn)的材料740與型芯706A之間的接觸在預(yù)定位置開始并限制在預(yù)期表面區(qū)域。例如，當(dāng)滾輪半部800A轉(zhuǎn)動時，其使材料740在824所示位置開始壓向型芯706A的表面?？紤]到摩擦滾輪728A的轉(zhuǎn)動，此材料740開始壓向型芯706A的位置使該摩擦滾輪728A有效地把材料740壓低到型芯706A上。此外，利用摩擦滾輪獲得的接觸表面區(qū)域限制于如圖15D中交叉影線所示的規(guī)定區(qū)域826。摩擦滾輪728A有效地摩擦或刮掃規(guī)定區(qū)域826內(nèi)的材料740，以當(dāng)其被壓向型芯706A上時更有效地給該材料740施壓并使該材料740定形。利用摩擦滾輪獲得的限定接觸區(qū)域還防止隨著該摩擦滾輪728A繼續(xù)轉(zhuǎn)動(例如在828大體表示的區(qū)域內(nèi))，該摩擦滾輪728A使材料740上升并升離型芯706A。
注意，利用摩擦滾輪728A獲得的材料740與型芯706A之間的初始施壓或接觸位置可由該摩擦滾輪728A相對于該型芯706A的形狀、輪廓和定位來確定。例如，回頭簡要參照圖15B，與型芯706A的側(cè)壁754(或者設(shè)在其上的材料)接觸的每個滾輪半部800A和800B的表面830呈現(xiàn)基本線性表面(如俯視圖中所示)或者呈現(xiàn)彎曲或弧形凸面以進(jìn)一步控制利用摩擦滾輪728A獲得的接觸及施壓位置。在另一示范實施例中，依據(jù)例如細(xì)長件702的實際橫截面幾何形狀，摩擦滾輪728A被構(gòu)造成使每個滾輪半部800A和800B與獨立軸桿連接，且每根軸桿相對于圖15B或15C中所示的軸線806傾斜或者成一定角度，以控制利用摩擦滾輪728A獲得的接觸表面區(qū)域。
現(xiàn)在參照圖16A，在一個示范實施例中，材料分配設(shè)備724′包括多個分配器724A-724C，每個分配器724A-724C構(gòu)造用以把單層材料740A，740B或740C選擇性地分配到型芯706A上。每個分配器724A-724C都包括供應(yīng)及張緊滾輪742A-742C、重定向滾輪744A-744C、進(jìn)料滾輪746A-746C、切割設(shè)備748A-748C和支重輪750A-750C。
分配設(shè)備724′的每個分配器724A-724C可包括一批與其它批材料特性不同的材料。例如，第一分配器724A包括呈0°纖維取向的材料740A，第二分配器724B包括呈45°纖維取向的材料740B，以及第三分配器724C包括材料740C，該材料740C所呈現(xiàn)的纖維角不同于包括在第一和第二分配器724A和724B內(nèi)的材料。在另一實施例中，材料的寬度或厚度可從一個分配器至另一分配器變化。在又一示范實施例中，每個分配器724A-724C內(nèi)包括不同級別類型的材料。這種構(gòu)造為形成這樣一種細(xì)長件702提供相當(dāng)大的靈活性和有效性，該細(xì)長件702是大量且變化材料層的復(fù)雜組件。例如，如果僅采用單個分配器724，如圖15A所示，為供應(yīng)具有不同纖維取向或其它變化特性的材料740，就不得不頻繁更換供給及張緊滾輪742上的材料740。
簡要參照圖16B，所示分配設(shè)備724″的另一實施例包括多個供給及張緊滾輪742A-742C，每個供給及張緊滾輪742A-742C分配一層材料740A-740C，當(dāng)利用相關(guān)的進(jìn)給滾輪746A-746C驅(qū)動時，該材料740A-740C繞過相關(guān)的重定向滾輪744A-744C。在進(jìn)給滾輪746A-746C之后，每層材料740A-740C選擇性地通過公共重定向滾輪768、經(jīng)過公共切割設(shè)備748并用相關(guān)的公共支重輪750擱置在型芯706A上。由此，通過進(jìn)給滾輪746A-746C的獨立控制，材料層740A-740C被單獨地且選擇性地經(jīng)由切割設(shè)備748輸送給支重輪750以擱置在型芯上。與參照圖16A所述的實施例一樣，每個材料層740A-740C呈現(xiàn)與其它材料不同的特性，該特性可以是纖維取向、材料尺寸、材料成分或者一些其它特性。
在其它實施例中，材料分配設(shè)備724″可被構(gòu)造用以分配填充材料例如填充粘合劑或那些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知為“面條(noodle)”的小填充件。例如，若裝置構(gòu)造用以按背對背方式連接兩個成形為C形的細(xì)長構(gòu)件以形成工字梁，可采用這種填充材料。如那些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員認(rèn)識到的，這種結(jié)構(gòu)通常沿著希望用例如面條填充的兩個部件的連接線邊緣留有小凹進(jìn)。
類似的，材料分配設(shè)備可構(gòu)造用以擱置包括例如增粘材料或包裝材料在內(nèi)的其它材料。增粘材料設(shè)在各層材料740上以增強(qiáng)相鄰層之間的粘性。包裝材料在分配一層材料740之前設(shè)于型芯706A上，以隨后自型芯706A解除細(xì)長件702。因此在一些情況中，希望在制造新細(xì)長件702之前把一層新包裝材料覆蓋在型芯上。
現(xiàn)在參照圖17A，所示細(xì)長件702通過采用參照圖14A，14B和15所述的裝置形成。細(xì)長件702大體沿其整個長度彎曲或呈弧形。如上所記，彎曲或弧形細(xì)長件702不需要表現(xiàn)為沿其整個弧長具有恒定半徑。實際上，本發(fā)明設(shè)想制造呈現(xiàn)多樣彎曲和各種復(fù)雜幾何形狀的細(xì)長件702。仍然參照圖17A，細(xì)長件被構(gòu)造成使其沿著該細(xì)長件702的第一邊緣770呈第一曲率半徑R1以及沿著該細(xì)長件的第二邊緣772呈第二曲率半徑R2，其中，第二曲率半徑R2大于第一曲率半徑R1。這種構(gòu)造給制造細(xì)長件702提出了一個特殊問題，因為從供給及張緊滾輪742分配的材料層(例如，圖15A中的材料740)沿其每個側(cè)面都呈大體直線邊緣。由此，當(dāng)材料740放置在彎曲型芯706A上時，其趨向于沿著第一邊緣770或者更具體的呈現(xiàn)較小曲率半徑的邊緣摺疊或者折皺。
為防止材料740折皺(圖15A)，當(dāng)材料740被覆蓋到型芯706A(圖15A)上時，給該材料740施加預(yù)期量的張力。因此，例如結(jié)合圖15和17A參照圖18，分配設(shè)備724構(gòu)造用以在材料740被放置于其上的那點處沿著與型芯706A相切或者與相切偏離微小角的方向給該材料740施加張力。例如，考慮到切線相對于型芯706A的徑向中心線772呈90°，在一個實施例中，相對于該徑向中心線772以大約89°至91°之間的角度施加張力(如定向箭頭774所示)。通過例如在從供給及張緊滾輪742(圖15A)分配材料740時限制或者控制該供給及張緊滾輪742的轉(zhuǎn)動來施加這種張力。例如，當(dāng)從供給及張緊滾輪742分配材料740時且當(dāng)滑架710和轉(zhuǎn)臺716相互移動時，給該供給及張緊滾輪742提供預(yù)期量的阻力，導(dǎo)致所分配的材料740張緊。
考慮到采用織造預(yù)浸漬材料作為被分配的材料層740，當(dāng)該材料740被設(shè)在型芯706A上時給該材料740施加張力以及隨后利用成形設(shè)備726使該材料740定形可導(dǎo)致該材料740沿著較大曲率半徑(例如，在圖17A中R2)伸展，同時防止沿著或者靠近較小曲率半徑(例如，在圖17A中R1)折皺。
換句話說，當(dāng)在型芯706A上分配并成形材料740時，張力梯度可橫過該材料740的寬度增長。例如，張力梯度可在用于形成細(xì)長件702的材料740內(nèi)增長，以使張力在呈較小曲率半徑(例如R1)的側(cè)緣處最小(在某些情況中可幾乎為零)，同時張力在呈較大曲率半徑(例如R2)的側(cè)緣處最大。梯度不需要從材料740的一個邊緣至另一邊緣嚴(yán)格為線性梯度。取決于由織物的特定織法確定的材料的“可彎性”，材料740的織法會部分地確定織物提供的伸展量以及需要施加給該織物的力的大小。
在一個示范實施例中，近似30至40lbf(近似133.4至177.9牛頓(N))的力施加給材料740以使該材料適當(dāng)張緊。當(dāng)然，施加給材料的力的大小取決于大量因素，這些因素包括例如，所采用材料的種類(包括織物的織法)、材料的寬度、型芯706A的曲率半徑或者這些因素的組合。除了給材料740施加張力外，還可給該材料施加熱量，以使該材料松弛并促使該材料740沿著或者靠近呈較大曲率半徑的邊緣伸展。然而，可選擇并控制施加給材料740的熱量大小和熱量強(qiáng)度以防止該材料740早期固化。
現(xiàn)在參照圖19A和19B，表示了這樣一種系統(tǒng)700，該系統(tǒng)700包括用于形成彎曲或弧形細(xì)長件702(圖17B)的裝置701′的另一實施例。除了少許變形外，裝置701′類似于參照圖14A和14B所示且所述的裝置。概括地說，裝置701′包括其上設(shè)置有型芯706′的基底704。裝置701′還包括臺架708以及可移動地與該臺架708連接的滑架組件710?；?04包括一種構(gòu)造用以繞規(guī)定軸718相對于臺架708和滑架組件710轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺716。電機(jī)720或其它致動器可操作地構(gòu)造用以相對于基底704的支承部722轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺716。
材料分配設(shè)備724′及成形設(shè)備726′與滑架組件710連接。材料分配設(shè)備724′被構(gòu)造成當(dāng)轉(zhuǎn)臺716繞規(guī)定軸718相對于臺架708轉(zhuǎn)動時把一或多層材料放置在型芯706′上。成形設(shè)備726′包括多個與致動器730連接且構(gòu)造用于使放置在型芯706′上的多層材料定形的滾輪728。型芯706′通過多個支承構(gòu)件780以彼此隔開的關(guān)系與轉(zhuǎn)臺716連接。分配設(shè)備724′和成形設(shè)備726′位于型芯706′的徑向內(nèi)部，且構(gòu)造用以當(dāng)該型芯706′與轉(zhuǎn)臺716一起轉(zhuǎn)動時與該型芯706′嚙合和相互作用。分配設(shè)備724′和成形設(shè)備726′的構(gòu)造和取向稱作是平行于轉(zhuǎn)臺716，而圖14A和14B所示分配設(shè)備724和成形設(shè)備726的構(gòu)造和取向稱作是垂直于轉(zhuǎn)臺716。
參照圖17B，表示用參照圖19A和19B所示且所述的裝置701′形成的示范細(xì)長件702′的一部分。細(xì)長件702′大致弧形或者彎曲，以使第一表面或邊緣782呈第一曲率半徑R1′，第二邊緣或表面784呈第二曲率半徑R2′，第二曲率半徑R2′大于第一曲率半徑R1′。同前述實施例一樣，給設(shè)在型芯706′上的任何材料施加力，以產(chǎn)生張力梯度并防止材料在較小曲率半徑(例如R1′)處或其附近折皺。
注意，細(xì)長件702′的橫截面幾何形狀相對于圖17A所示細(xì)長件702而言沿著一般半徑的曲線786轉(zhuǎn)動。此外注意，彎曲細(xì)長件702′不需要具有恒定的曲率半徑。制造這種變化構(gòu)造的細(xì)長件702和702′的能力使得可以較容易且較高效地制造針對客戶需求定做且相當(dāng)復(fù)雜的構(gòu)件。
現(xiàn)在參照圖20，表示依據(jù)本發(fā)明另一方面形成的示范細(xì)長件702″的橫截面示圖。細(xì)長件702″包括從其第一邊緣772起延伸過其“寬度”或者橫截面范圍的大約一半的第一材料層788，以及與該第一層788鄰接并延伸至該細(xì)長件702″的第二邊緣774的第二材料層790。第三層792按層壓方式設(shè)在第一和第二層788和790的頂面上，并在這兩層的對接縫上形成橋。如果希望的話，額外的層可按照重復(fù)圖案(或者一些其它規(guī)定圖案)設(shè)在第一、第二和第三層788，790和792上。
采用通過層壓“橋”層加強(qiáng)的多個相鄰且對接材料層為形成彎曲細(xì)長件702″提供了額外的靈活性。例如，如果細(xì)長件702″的曲率半徑使得不可能采用單層材料來形成整個橫截面幾何形狀，這是因為依舊產(chǎn)生折皺或者因為避免折皺所需要的張力量對材料的強(qiáng)度特性有害，那么可采用寬度較窄的單獨層。換句話說，使足夠?qū)挼皆诘谝磺拾霃絉1與第二曲率半徑R2之間延伸的材料層伸展所需要的張力大于使足夠?qū)挼皆诶绲诙拾霃絉2與第三曲率半徑R3之間延伸的材料層伸展所需要的張力。因此，采用多個橫向鄰接材料層能夠構(gòu)成具有“寬”橫截面幾何形狀的細(xì)長件702，同時減小施加給該材料層的張力和該材料層經(jīng)受的伸展。
注意，可設(shè)想本發(fā)明的其它變型。例如，盡管所述示范實施例包括型芯和多個互補(bǔ)滾輪，但也可采用兩組互補(bǔ)滾輪-上組和下組-來形成細(xì)長件。因此例如，多個纖維經(jīng)過上組陰滾輪和下組陽滾輪以獲得預(yù)期的橫截面幾何形狀。然而注意，采用例如上述示范實施例中的型芯可更精確地放置材料層以及控制纖維取向。另外，盡管所示各種實施例涉及采用滑架組件和臺架，但也可設(shè)想采用機(jī)器人臂來定位滾輪以及給設(shè)在型芯上的材料施加適當(dāng)力或壓力。這種機(jī)器人構(gòu)造用以使相關(guān)的一個或多個滾輪可繞多個軸線定位。
另外，各種材料可用于形成細(xì)長構(gòu)件。例如，可采用復(fù)合帶、織物、干燥織物或者它們的各種組合。此外，填充材料可根據(jù)需要引入細(xì)長構(gòu)件內(nèi)。這種填充材料包括例如泡沫、金屬或者其它塑性材料。
盡管本發(fā)明允許各種變形和替換形式，但這里以例子方式在附圖中表示并詳細(xì)說明了特定實施例。然而，應(yīng)理解的是本發(fā)明不限于所公開的特定形式。而是，本發(fā)明可包括落在如以下所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明實質(zhì)和范圍內(nèi)的所有變形、等同物和替換方式。
權(quán)利要求
1.一種形成細(xì)長的復(fù)合結(jié)構(gòu)件的方法，所述方法包括把多層復(fù)合材料放置在細(xì)長型芯上，該細(xì)長型芯具有一呈現(xiàn)所需要的幾何形狀的表面；以及基本同時地擠壓并成形所述型芯上的所述多層的一部分以使所述多層至少部分地與所述型芯的所述幾何形狀一致，同時保持所述多層處于基本未固化狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，放置所述多層復(fù)合材料進(jìn)一步包括放置多層用熱固樹脂預(yù)浸漬的纖維材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，基本同時地擠壓并成形所述型芯上的所述多層的一部分以使所述多層至少部分地與所述型芯的幾何形狀一致進(jìn)一步包括使至少一個滾輪沿著所述型芯的長度在所述型芯以及所述多層上經(jīng)過，所述至少一個滾輪在形狀上至少部分地與所述型芯互補(bǔ)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，使至少一個滾輪在所述型芯以及所述多層上經(jīng)過包括使多個滾輪按順序地在所述型芯以及所述多層上經(jīng)過。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括這樣構(gòu)造所述多個滾輪，從而使得第一滾輪與所述型芯部分地互補(bǔ)嚙合以及最后一滾輪基本與所述型芯完全地互補(bǔ)嚙合。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，把所述多層壓到所述型芯上進(jìn)一步包括形成至少一個中間構(gòu)件和一最終構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，形成至少一個中間構(gòu)件包括成形所述多層以部分地與所述型芯的外表面一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，形成最終構(gòu)件包括成形所述多層以基本完全地與所述型芯的外表面一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括成形所述型芯以具有沿一縱軸延伸的第一部分和偏離所述縱軸的第二部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括把所述型芯連接到基底上，把所述至少一個滾輪連接到滑架組件上，以及，使至少一個滾輪沿著所述型芯的長度在所述型芯以及所述多層上經(jīng)過包括相對于所述基底使所述滑架組件運(yùn)動。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括利用計算機(jī)數(shù)控控制器來控制所述滑架組件相對于所述基底的運(yùn)動。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件以當(dāng)橫向于所述細(xì)長件的長度時基本呈帽狀橫截面幾何形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件以當(dāng)橫向于所述細(xì)長件的長度時基本呈至少一個C形的橫截面幾何形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件以當(dāng)橫向于所述細(xì)長件的長度時基本呈至少一個角形的橫截面幾何形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件以當(dāng)橫向于所述細(xì)長件的長度時基本呈這樣一種橫截面幾何形狀，所述橫截面幾何形狀包括至少一個弧形部。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，把所述多層壓到所述型芯上包括固結(jié)所述多層。
17.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括在把所述多層壓到所述型芯上之前加熱所述多層的至少一部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，把多層復(fù)合材料放置在細(xì)長型芯上以及基本同時地擠壓并成形所述型芯上的所述多層的一部分以使所述多層至少部分地與所述型芯的幾何形狀一致包括放置第一層復(fù)合材料；擠壓并成形所述型芯上的所述第一層以使所述第一層與所述型芯的所述幾何形狀一致；把第二層放置在所述被擠壓和成形的第一層上；以及擠壓并成形位于所述被擠壓和成形的第一層及所述型芯上的所述第二層以使所述第二層至少部分地與所述第一層和所述型芯的幾何形狀一致。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括把熱固樹脂和粘合劑中的至少一種注入到所述多層內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括橫過所述多層的至少一層的寬度產(chǎn)生張力梯度。
21.一種形成細(xì)長的復(fù)合結(jié)構(gòu)件的方法，所述方法包括提供一基本上細(xì)長的型芯，該型芯具有一呈現(xiàn)所需要的幾何形狀的外表面；把第一層預(yù)浸漬纖維加強(qiáng)材料放置在所述型芯上；給所述第一層施力以在所述第一層內(nèi)產(chǎn)生預(yù)期量的張力；以共形方式把所述第一層壓到所述型芯上，包括使至少一個滾輪在所述型芯和所述第一層上經(jīng)過，同時保持所述第一層內(nèi)的所述預(yù)期量張力，所述至少一個滾輪在形狀上至少部分地與所述型芯互補(bǔ)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括把第二層材料放置到所述第一層材料上，給所述第二層施力以在所述第二層內(nèi)產(chǎn)生預(yù)期量的張力，以及利用所述至少一個滾輪以共形方式把所述第二層壓到所述第一層上，同時保持所述第二層內(nèi)的所述預(yù)期量張力。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，把所述第二層壓到所述第一層上包括固結(jié)所述第一層和所述第二層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括保持所述第一層和所述第二層處于基本未固化狀態(tài)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，把第一層預(yù)浸漬纖維材料放置在所述型芯上包括限定所述第一層以呈現(xiàn)第一纖維取向，以及把第二層材料放置到所述第一層材料上包括限定所述第二層材料以呈現(xiàn)與所述第一纖維取向不同的第二纖維取向。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，把第一層預(yù)浸漬纖維材料放置在所述型芯上包括限定所述第一層以呈現(xiàn)第一寬度，以及把第二層材料放置到所述第一層材料上包括限定所述第二層材料以呈現(xiàn)與所述第一寬度不同的第二寬度。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，使至少一個滾輪在所述型芯和所述第一層上經(jīng)過包括使多個滾輪按順序地在所述型芯和所述第一層上經(jīng)過。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括這樣構(gòu)造所述多個滾輪，從而使得第一滾輪在所述型芯的第一表面區(qū)域上與所述型芯部分地互補(bǔ)嚙合，以及第二滾輪在所述型芯的第二表面區(qū)域上與所述型芯互補(bǔ)嚙合。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述型芯以沿著其長度的至少一個部分呈現(xiàn)弧形部。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，給所述第一層施力以在所述第一層內(nèi)產(chǎn)生預(yù)期量的張力包括沿著與所述第一層的第一側(cè)緣相鄰的區(qū)域拉伸所述第一層的一部分。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，給所述第一層施力以在所述第一層內(nèi)產(chǎn)生預(yù)期量的張力包括防止在所述第一層內(nèi)沿著與所述第一層的第二相對側(cè)緣相鄰的區(qū)域形成折皺。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括給所述第一層的至少鄰近所述第一側(cè)緣的區(qū)域施加預(yù)期量的熱量。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，給所述第一層施力以在所述第一層內(nèi)產(chǎn)生預(yù)期量的張力包括在這樣一個方向上施力，所述方向在所述第一層被放置于所述型芯上的位置處基本與所述型芯的曲率半徑相切。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，給所述第一層施力以在所述第一層內(nèi)產(chǎn)生預(yù)期量的張力包括朝向這樣一個方向施力，所述方向相對于經(jīng)過所述弧形部的徑向中心線為大約89°至91°。
35.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括把所述型芯連接到轉(zhuǎn)臺上，把所述至少一個滾輪連接到滑架組件上，以及，使至少一個滾輪在所述型芯和所述第一層上經(jīng)過包括轉(zhuǎn)動位于所述滑架組件下方的所述轉(zhuǎn)臺和所述型芯。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，進(jìn)一步包括使所述型芯在所述轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的同時跟隨所述滑架組件，包括相對于所述轉(zhuǎn)臺在徑向上移動所述滑架組件。
37.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件以當(dāng)橫向于所述細(xì)長件的長度時基本呈帽狀橫截面幾何形狀。
38.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件以當(dāng)橫向于所述細(xì)長件的長度時基本呈至少一個C形的橫截面幾何形狀。
39.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件以當(dāng)橫向于所述細(xì)長件的長度時基本呈至少一個角形的橫截面幾何形狀。
40.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，放置第一層預(yù)浸漬纖維加強(qiáng)材料包括放置用熱固樹脂浸漬的第一層纖維加強(qiáng)材料。
41.一種用于形成細(xì)長的復(fù)合結(jié)構(gòu)件的裝置，包括基底；至少一個安裝在所述基底上的型芯，所述至少一個型芯呈現(xiàn)基本上細(xì)長的幾何形狀；滑架組件，可移動地與所述基底連接；至少一個滾輪，呈現(xiàn)這樣一種幾何形狀，所述幾何形狀構(gòu)造成當(dāng)所述至少一個滾輪沿著所述至少一個型芯滾動時至少部分地與所述至少一個型芯互補(bǔ)嚙合，所述至少一個滾輪與所述滑架組件連接；以及至少第一施力機(jī)構(gòu)，其構(gòu)造用以通過所述至少一個滾輪給所述型芯施加預(yù)期力。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的裝置，其特征在于，所述基底進(jìn)一步包括一構(gòu)造用以繞規(guī)定軸轉(zhuǎn)動的臺，以及所述裝置還包括至少一個材料分配設(shè)備，構(gòu)造用以把至少一層材料分配到所述至少一個型芯上；以及至少第二施力機(jī)構(gòu)，被定位且構(gòu)造用以當(dāng)所述材料位于所述至少一個型芯上以及當(dāng)所述至少一個滾輪在設(shè)于所述至少一個型芯上的所述至少一層上經(jīng)過時給所述至少一層施加預(yù)期力并在其內(nèi)產(chǎn)生預(yù)期量的張力。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，所述至少一個滾輪包括與所述滑架組件連接的多個滾輪。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，所述至少一個材料分配設(shè)備構(gòu)造用以分配呈現(xiàn)第一寬度的第一層材料以及呈現(xiàn)與所述第一寬度不同的第二寬度的至少第二層材料。
45.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，所述至少一個滾輪和所述至少一個型芯被互補(bǔ)地構(gòu)造以形成這樣一種細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件，所述細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件當(dāng)橫向于其長度時基本呈現(xiàn)帽形、C形、角形和至少一個弧形部中的至少一個的橫截面幾何形狀。
46.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，進(jìn)一步包括至少一個致動器，其可操作地連接在所述滑架組件與所述至少一個滾輪之間，構(gòu)造用以經(jīng)由所述至少一個滾輪給所述至少一個型芯施力。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的裝置，其特征在于，所述至少一個致動器包括液壓致動器和氣壓致動器中的至少一個。
48.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，所述至少一個型芯包括多個型芯。
49.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，所述滑架組件構(gòu)造用以相對于所述規(guī)定軸在徑向上移動。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的裝置，其特征在于，所述至少一個滾輪構(gòu)造用以在所述臺繞所述規(guī)定軸轉(zhuǎn)動的同時跟隨所述至少一個型芯的徑向偏移。
51.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，進(jìn)一步包括加熱設(shè)備，被構(gòu)造且定向用以加熱所述至少一層材料的至少一部分。
52.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，所述材料分配設(shè)備進(jìn)一步包括至少一個供給滾輪，其具有作為所述至少一層材料的待分配的一批材料；至少一個進(jìn)給設(shè)備，其驅(qū)使所述至少一層材料從所述至少一個供給滾輪至所述型芯；以及至少一個支重輪，其構(gòu)造用以把所述至少一層材料壓向所述至少一個型芯的一部分。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于，所述材料分配設(shè)備進(jìn)一步包括被定位且構(gòu)造用以切割所述至少一層材料的至少一個切割設(shè)備。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的裝置，進(jìn)一步包括與所述裝置可操作地連接且構(gòu)造用以控制所述進(jìn)給設(shè)備的控制器。
55.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，進(jìn)一步包括與所述裝置可操作地連接且構(gòu)造用以控制所述臺的轉(zhuǎn)動的控制器。
56.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，進(jìn)一步包括與所述裝置可操作地連接且構(gòu)造用以控制所述臺的轉(zhuǎn)動的控制器。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述控制器包括處理器、存儲設(shè)備、至少一個輸入設(shè)備和至少一個輸出設(shè)備。
58.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，所述至少第二施力機(jī)構(gòu)被定位且構(gòu)造用以在所述至少一層被設(shè)在所述至少一個型芯上的位置處沿著與所述至少一個型芯基本上相切的方向給所述至少一層施加預(yù)期力。
59.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，所述至少第二施力機(jī)構(gòu)被定位且構(gòu)造用以在所述至少一層被設(shè)在所述至少一個型芯上的位置處相對于經(jīng)過所述規(guī)定軸且經(jīng)過所述型芯的徑向中心線以近似89°至90°之間的角度給所述至少一層施加預(yù)期力。
60.根據(jù)權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，所述至少第二施力機(jī)構(gòu)構(gòu)造用以產(chǎn)生橫過所述至少一層的寬度的張力梯度。
全文摘要
提供一種用于形成細(xì)長的復(fù)合結(jié)構(gòu)件(702)的方法和裝置，該細(xì)長復(fù)合結(jié)構(gòu)件當(dāng)橫向于其長度時呈現(xiàn)預(yù)期橫截面幾何形狀。一種裝置可包括其上安裝有基本細(xì)長型芯(706)的基底。一個或多個構(gòu)造用以至少部分地與型芯互補(bǔ)的滾輪構(gòu)造用以在該型芯上的一或多層復(fù)合材料上滾動并施壓。型芯可設(shè)在轉(zhuǎn)臺(716)上并構(gòu)造成呈現(xiàn)彎曲的細(xì)長幾何形狀，以形成至少部分彎曲或者弧形的細(xì)長件。本發(fā)明能夠用樹脂浸漬材料形成細(xì)長構(gòu)件，并維持該材料處于基本未固化狀態(tài)。然后，所形成構(gòu)件與外皮或者其它復(fù)合結(jié)構(gòu)件共固化。
文檔編號B29C70/38GK1829595SQ200480021949
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日
發(fā)明者V·M·本森, J·斯萊克, T·羅斯維爾, J·L·哈維, M·羅曼, T·奧爾舍韋斯基 申請人:阿利安特技術(shù)系統(tǒng)公司